Die Energie der Zukunft heute Wie funktionieren Sonnenkollektoren und Heliostaten?

Erneuerbare Ressourcen. Es ist ein Problem, dem wir uns täglich stellen, egal ob wir es erkennen oder nicht. Mit jeder Pumpe eines Gasgriffs, mit jeder Betätigung des Gaspedals eines Autos, mit jedem Stecker unserer Smartphone-Ladegeräte verbrauchen wir Kraftstoff. Und eines Tages wird der Treibstoff ausgehen. Warum nutzen wir nicht die eine Energiequelle, die nicht ausgehen wird - die Sonne??

Die Sonne ist eine großartige Einheit. Es versorgt die Welt mit genug Energie, um die gesamte Zivilisation anzutreiben. Das einzige Problem ist, wie wir diese Energie einfangen und nutzen können? Was nützt eine Menge freie Energie, wenn wir sie nicht in ein nützliches Medium umwandeln können? Darin liegt das Problem, und es ist viel schwieriger zu lösen, als Sie vielleicht denken.

“Warte eine Minute” du sagst, “Wir haben kommerziellen Solarstrom seit den 1980er Jahren!” Und du würdest das sagen. Das Problem ist jedoch nicht in Wie die Energie der Sonne in Elektrizität umzuwandeln. Wir wissen bereits, wie das geht - nur nicht auf einer Ebene, die massenhaft konsumiert werden kann. Um die Grenzen der Solarenergie zu verstehen, müssen wir wissen, wie Sonnenkollektoren funktionieren.

Schließen Sie sich mir also an, wenn ich mich mit den inneren Funktionen der Solarenergie beschäftige. Schauen wir uns den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in eine brauchbare Brennstoffquelle genauer an.

Die Sonnenenergie beginnt wie erwartet mit der Sonne. Dieser riesige Feuerball, der am Himmel hängt, ist die perfekte Energiequelle. Im Gegensatz zu Kohle verstopft die Sonne unsere Atmosphäre nicht mit Kohlendioxid. Es ist leicht zugänglich, so dass wir nicht um die Welt bohren müssen. Das Arbeiten mit Solarenergie stellt keine Gefahr für den Menschen dar (außer vielleicht für gelegentlichen Sonnenbrand).

Und vor allem ist Sonnenenergie kostenlos. Abgesehen von dem Bau der eigentlichen Rezeptoren und der Wartung der Ausrüstung sind mit der Sonnenenergie keine Kosten verbunden.

Wie funktioniert das alles??

Energie ist um uns herum in verschiedenen Formen. Licht ist Energie. Wärme ist Energie. Bewegung ist Energie. Stille ist (potentielle) Energie. Die Sonne gibt viel Licht ab und unser Ziel ist es, diese Lichtenergie in etwas umzuwandeln, das wir nutzen können, nämlich elektrische Energie.

Wenn Licht auf ein Objekt fällt, wird es meist in Wärmeenergie umgewandelt. Denken Sie an Ihren letzten Strandbesuch zurück. Als Sie draußen in der Sonne saßen, wurde Ihre Haut heiß. Es ist eine einfache Tatsache des Lebens, die wir alle erlebt haben. Es gibt jedoch bestimmte Materialien, die Licht in andere Energien als Wärme umwandeln. Silizium ist eines dieser Materialien.

Wenn Licht auf Silizium fällt, wird es nicht als Wärme abgegeben. Stattdessen springen die Elektronen im Siliziummolekül herum und erzeugen einen elektrischen Strom. Um Silizium auf diese Weise zu nutzen, benötigen Sie jedoch große Siliziumkristalle, die groß genug sind, um spürbare Mengen an Elektrizität zu erzeugen.

Ältere Versionen der Solartechnik verwendeten Siliziumkristalle. Wie sich herausstellte, war diese Methode der Umwandlung von Sonnenlicht nicht sehr realisierbar, da große Siliziumkristalle schwer zu züchten sind. Wenn etwas schwierig ist, bleibt der Preis hoch. Wenn der Preis hoch bleibt, ist eine weit verbreitete Verwendung unwahrscheinlich.

Heutzutage verwendet die Solartechnik ein anderes Material. Dieses neue Material besteht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen und wird passenderweise als Kupfer-Indium-Gallium-Selenid oder CIGS bezeichnet. Im Gegensatz zu Silizium sind die aus CIGS hergestellten Kristalle zwar kleiner und billiger, jedoch bei der Umwandlung von Sonnenlicht ineffizienter als Silizium.

Und hier sind wir heute. Solarstrom macht nur einen geringen Teil der weltweiten Energieerzeugung aus, und dies wird auch so bleiben, bis Wissenschaftler entweder ein neues Material finden, das genauso gut funktioniert wie Silizium, oder eine Methode zur billigen Herstellung großer Siliziumkristalle entdecken.

Da Solarpanels derzeit ineffizient sind, gibt es einige Methoden, um die Erfassung und Speicherung von Solarstrom zu verbessern. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Batterie zu verwenden, in der die Energie gespeichert wird, so dass der Verbrauch auch bei Sonnenuntergang und bewölkten Tagen möglich ist. Ein anderer Weg ist die Verwendung eines Heliostaten.

Was ist ein Heliostat? Sie können es sich als großen Spiegel (oder viele Spiegel) vorstellen, die an einer drehbaren Stange oder Plattform (oder vielen Stangen und Plattformen) befestigt sind. Im Gegensatz zu Sonnenkollektoren absorbieren Heliostate die Sonne nicht direkt. Stattdessen verwenden sie Spiegel, um das Sonnenlicht umzulenken und auf feststehende Sonnenkollektoren zur Absorption zu richten.

Heliostaten werden meistens von Computern gesteuert. Diese Computer werden mit bestimmten Daten versorgt (Position des Heliostaten, Position des Sonnenkollektors, Uhrzeit und Datum) und die Daten werden so lange gedrückt, bis der Computer die Position der Sonne am Himmel berechnen kann. Sobald dies erledigt ist, passt der Computer den Winkel des Spiegels so an, dass das Sonnenlicht davon abprallt und auf das Zielsolarpanel fällt.

Der größte Vorteil des Heliostaten ist, dass eine Vielzahl von ihnen so angeordnet werden kann, dass sie auf einen einzelnen Sonnenrezeptor abzielen. Während ein Solarpanel normalerweise nur eine geringe Abdeckung des Sonnenlichts erfährt, kann eine Anordnung von Heliostaten die umgesetzte Lichtmenge drastisch verstärken.

Aber auch bei Heliostaten ist die Solarenergie noch weit entfernt, bevor sie weit verbreitet werden kann. Wenn das Problem nicht wäre konvertieren Das eigentliche Sonnenlicht, Sonnenenergie, wäre für unsere Zivilisation der regenerativste, bezahlbarste und umweltfreundlichste Brennstoff. Das heißt, bis die Sonne explodiert.

Bildquelle: Abbildung des Sonnenkollektors über Shutterstock, Foto des Sonnenkollektors über Shutterstock

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